JPH1060954A

JPH1060954A - 発破地面の掘削負荷計測および表示装置

Info

Publication number: JPH1060954A
Application number: JP8223813A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Tanaka; 康雄田中; Yutaka Watanabe; 豊渡辺; Yoshinori Furuno; 義紀古野; Takashi Yagyu; 隆柳生; Yukihiko Sugiyama; 幸彦杉山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-03
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: JP3824715B2; AU3869697A; AU705565B2; WO1998009026A1; US6122598A; DE19780904T1

Abstract

(57)【要約】【課題】正確な発破に資することができる発破地面の
掘削負荷計測および表示装置を提供すること。【解決手段】掘削機のバケットの操作方向は圧力スイ
ッチ１５、１６で検出され、バケットシリンダのボトム
室６Ｓ_Bの圧力Ｐ_B は圧力センサ１７で検出される。処
理装置２３はブーム角センサ１８、アーム角センサ１
９、ＧＰＳ２０、磁気方位センサ２１の信号により掘削
位置を演算し、圧力スイッチ１６のＯＮ期間に圧力Ｐ_B
を積算し、掘削位置とともに無線送受信機２４、３１を
介してコンピュータ３０へ送信する。コンピュータ３０
は表示装置に発破区域の地図および発破位置を表示し、
その地図上に送信された掘削位置を×印で、積算圧力を
数字で表示する。この積算圧力を見て発破の適否が判断
され、次の発破に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大規模鉱山等にお
いて発破をかけた後の掘削機による地面の掘削負荷を測
定、表示する発破地面の掘削負荷計測および表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】露天掘り（直掘り）の大規模鉱山等にお
いては、発破により一旦地面を爆破しておき、その後、
爆破された地面を掘削機、例えば油圧ショベルで掘削す
る手段が採用されている。これを図１９、２０、２１を
参照して説明する。図１９は大規模鉱山全体の平面図で
ある。この図で、Ａは大規模鉱山の全体領域を示し、通
常、縦、横それぞれ数ｋｍ以上に及ぶ。Ａ₁ 〜Ａ_n は全
体領域Ａを小さく区分した区域を示し、各区域は、例え
ば、縦、横それぞれ50〜 200ｍ程度に選定される。Ｂは
この鉱山現場の管理を行う鉱山管理事務所を示す。鉱山
管理事務所Ｂは全体領域Ａの内外の管理に都合の良い位
置に設置される。

【０００３】図２０は図１９に示す１つの区域の平面図
である。この場合、図１９に示す区域Ａ₁ が方形で示さ
れている。Ｐ_B1、Ｐ_B2、…………、Ｐ_Bi、…………は、
区域Ａ₁ における発破の設置位置を示す。又、ｄ₁ 、ｄ
₂ は発破相互の間隔を示す。通常、この間隔はほぼ等間
隔とされることが多い。発破の設置位置（間隔）や爆薬
の量は、全体領域Ａにおけるある場所の地質調査の柱状
サンプルや地形図を参考にして決定される。

【０００４】図２１は油圧ショベルの側面図である。１
つの区域に発破が仕掛けられ、これらによる爆破が終了
すると、当該区域に１台又は複数台の油圧ショベルが入
って爆破された地面を掘削し、掘削土石をダンプトラッ
ク等に積み込んで所定の個所へ運搬して処理を行う。図
２１はこの掘削作業を行う油圧ショベルを示し、図中、
１は走行体、２は上部旋回体、３は運転室、４は上部旋
回体２に可回動に支持されたブーム、４Ｓはブーム４を
駆動するブームシリンダ、５はブーム４に可回動に支持
されたアーム、５Ｓはアーム５を駆動するアームシリン
ダ、６はアーム５に可回動に支持されたバケット、６Ｓ
はバケット６を駆動するバケットシリンダ、６ｐはバケ
ットの回動中心となるピンである。Ｃはバケット操作に
おけるクラウド方向、Ｄはダンプ方向を示す。バケット
６がクラウド方向Ｃに操作されると掘削が行われ、ダン
プ方向Ｄに操作されると放土が行われる。

【０００５】１つの区域における上記掘削作業が終了す
ると、再び次の区域に発破が仕掛けられ、これら発破が
爆破され、爆破後の地面が油圧ショベルにより掘削さ
れ、掘削された土石がダンプトラック等により運搬され
る。このようにして、順次、各区域の掘削処理が行われ
てゆく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記大規模鉱山におけ
る作業の80％は表土の除去作業であるといわれている。
したがって、発破の適否は全体作業に重大な影響を及ぼ
す。即ち、爆薬の量が少な過ぎると、又は発破位置の間
隔が広過ぎると土石を充分にほぐすことができず、この
場合には油圧ショベルの掘削負荷が大きくなり、掘削に
余分な時間が消費されて予定時間通りの掘削を行うこと
ができず、又、ダンプトラックを長時間待機させるとい
う不都合を生じる。逆に、爆薬の量が多過ぎ、又は間隔
が狭過ぎると土石が充分過ぎるほどほぐされ、油圧ショ
ベルの有する掘削能力を充分に利用できないばかりでな
く、爆薬に大きなコストがかかるという問題を生じる。
発破の計画者は、発破後の状態を見て、又は油圧ショベ
ルのオペレータから掘削の状況を聞いて次の区域の発破
の計画を立案するが、これらはいずれも計画者やオペレ
ータの感覚によるものであり、多くの場合、最適の発破
を行うことはできなかった。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、正確な発破に資することができる発破地面
の掘削負荷計測および表示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、発破後の地面を掘削する掘削機
のバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出
手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検
出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボト
ム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段とで発破
地面の掘削負荷計測装置を構成することを特徴とする。

【０００９】又、請求項２の発明は、請求項１記載の発
破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削
時間を検出する掘削時間検出手段を設けたことを特徴と
する。

【００１０】又、請求項３の発明は、発破後の地面を掘
削する掘削機のバケットのクラウド操作を検出するクラ
ウド操作検出手段と、前記掘削機による積込工程を判定
する積込工程判定手段と、前記クラウド操作検出手段で
クラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケッ
トシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力
検出手段と、この圧力検出手段により検出された掘削負
荷を前記積込工程判定手段で判定された積込工程におけ
る掘削負荷とそれ以外の工程における掘削負荷とに分け
る分類手段とで発破地面の掘削負荷計測装置を構成する
ことを特徴とする。

【００１１】又、請求項４の発明は、発破後の地面を掘
削する掘削機のバケットのクラウド操作を検出するクラ
ウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラ
ウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシ
リンダのボトム圧力が予め設定された設定圧力以上にな
ったときこれを掘削負荷として検出する設定圧力検出手
段とで発破地面の掘削負荷計測装置を構成することを特
徴とする。

【００１２】又、請求項５の発明は、請求項４記載の発
破地面の掘削負荷計測装置において、前記設定圧力検出
手段により設定圧力以上の圧力が検出された時間又は回
数を求める負荷量検出手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】又、請求項６の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記
掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記
圧力検出手段により検出された掘削負荷又はこれに対応
する値或いはこれに対応する色彩、および前記掘削位置
検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを
設けて発破地面の掘削負荷表示装置を構成したことを特
徴とする。

【００１４】又、請求項７の発明は、請求項３記載の発
破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削
位置を検出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段
により検出された掘削負荷又はこれに対応する値或いは
これに対応する色彩を前記積込工程判定手段で判定され
た積込工程とそれ以外の工程とに分けて表示するととも
に、前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示
する表示手段とを設けて発破地面の掘削負荷表示装置を
構成したことを特徴とする。

【００１５】さらに、請求項８の発明は、請求項５記載
の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の
掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記負荷量検
出手段により検出された時間又は回数或いはこれに対応
する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された掘
削位置を表示する表示手段とを設けて発破地面の掘削負
荷表示装置を構成したことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係る発破地面の掘削負荷計測および表示装置のブロッ
ク図である。この図で、６Ｓは図２１に示すバケットシ
リンダ、６Ｓ_R はバケットシリンダ６Ｓのロッド室、６
Ｓ_B はボトム室である。１０は油圧ショベルの油圧ポン
プ、１１は油タンク、１２は油圧ポンプ１０とバケット
シリンダ６Ｓの間に介在するコントロール弁、１３はバ
ケット６の操作レバーである。１４はパイロット弁であ
り、操作レバー１３の操作に応じてコントロール弁１２
へパイロット圧を供給し、コントロール弁１２を駆動す
る。１５は操作レバー１３によるバケット６のクラウド
方向操作を検出する圧力スイッチであり、操作レバー１
３がクラウド方向に操作されとき信号Ｌ_C を出力する。
１６は操作レバー１３によるバケット６のダンプ方向操
作を検出する圧力スイッチであり、操作レバー１３がダ
ンプ方向に操作されとき信号Ｌ_D を出力する。１７はバ
ケットシリンダ６Ｓのボトム室６Ｓ_B の圧力Ｐ_B を検出
する圧力センサである。１８は油圧ショベルのブーム角
αを検出する角度センサ、１９は油圧ショベルのアーム
角βを検出する角度センサである。

【００１７】２０は油圧ショベルに搭載されたＧＰＳ
（ Grobal Positioning System）であり、人工衛星か
らの信号をアンテナ２０Ａで受信して油圧ショベルの地
球上の絶対座標Ｐ_G を出力する。２１は油圧ショベルの
上部旋回体２の旋回中心に設置された磁気方位センサで
ある。この磁気方位センサの検出方位を図２により説明
する。図２で、２Ｃは上部旋回体２の旋回中心、実線で
示す４、５はブーム４およびアーム５の軸線を示す。６
ｐはバケット６の回動ピンである。磁気方位センサ２１
は、上部旋回体２の正面方向の向き、即ち、ブーム４、
アーム５、バケット６の向きが地磁気の北方向から何度
傾いているかを検出するものであり、その検出角度が図
２にθで示され、これが方位データとして出力される。
２２は油圧ショベルに備えられたスタート／ストップス
イッチであり、操作されたとき信号Ｓ_S を出力する。信
号Ｓ_S はスタートスイッチＯＮとストップスイッチＯＮ
の両方の信号を含む。２３は油圧ショベルに備えられ、
コンピュータで構成される処理装置（この処理装置の構
成については後述する）、２４はアンテナ２４Ａを有す
る無線送受信機である。

【００１８】３０は図１９に示す鉱山の管理事務所Ｂに
備えられたコンピュータである。３１はアンテナ３１Ａ
を有する無線送受信機であり、処理装置２３から出力さ
れる各種データを無線送受信機２４を介して受信する。
３２はコンピュータ３０からのデータに基づいて所要の
表示を行う表示装置である。

【００１９】図３は図１に示す処理装置２３のシステム
構成図である。この図で、２３は処理装置を示す。２３
１は図１に示す各信号を入力する入力インタフェースで
あり、Ａ／Ｄ変換器を有する。２３２は種々の演算、制
御を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、２３３はＣＰＵ
２３２の処理プログラム等を格納するリードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）、２３４は演算、制御の結果等を格納する
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、２３５は時刻信号
を出力するタイマ、２３６は処理装置２３で得られたデ
ータを出力する出力インタフェースである。ＲＯＭ２３
３には、スタート／ストッププログラム２３３ａ、負荷
圧サンプリングプログラム２３３ｂ、掘削位置サンプリ
ングプログラム２３３ｃ、および終了プログラム２３３
ｄが格納されている。

【００２０】図４は図１に示すコンピュータ３０のシス
テム構成図である。この図で、３０はコンピュータを示
す。３０１は図１に示す無線送受信機３１からの信号を
入力する入力インタフェース、３０２は種々の演算、制
御を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、３０３はＣＰＵ
３０２の処理プログラム等を格納するリードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）、３０４は演算、制御の結果等を格納する
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、３０５はコンピュ
ータ３０で得られたデータを出力する出力インタフェー
スである。ＲＯＭ３０３には、発破データ３０３ａ、負
荷圧データ３０３ｂ、および表示プログラム３０３ｃが
格納されている。発破データ３０３ａは、掘削工事現場
の地図、発破を設けた位置、および火薬の使用量で構成
されている。

【００２１】次に、本実施の形態の動作を、図５〜図１
０に示すフローチャートを参照しながら説明する。油圧
ショベルのオペレータは、発破終了後の地面を掘削する
とき、スタート／ストップスイッチ２２のスタートスイ
ッチをＯＮとし、信号Ｓ_S を出力する。処理装置２３の
ＣＰＵ２３２は、図５に示すスタートプログラム２３３
ａにより信号Ｓ_S の入力を監視しており（手順Ｓ₁₀）、
信号Ｓ_S が入力されると、掘削カウンタｎ、操作レバー
１３のレバー操作時間カウンタＣ_TL、および圧力センサ
１７の検出圧力Ｐ_B の積算値Ｐ_D をそれぞれ０にセット
し、かつ、クラウドフラグＦ_C とダンプフラグＦ_D をそ
れぞれＯＦＦにして（手順Ｓ₁₁）、スタートプログラム
を終了する。

【００２２】次いで、ＣＰＵ２３２はタイマ２３５の出
力に基づき、一定時間、例えば10ｍｓｅｃ毎に、図６お
よび図７に示す負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂ
を起動させる。この負荷圧サンプリングプログラムで
は、操作レバー１３がバケット６をクラウド方向に操作
されたとき（即ち、掘削が行われたとき）、この操作信
号Ｌ_C がノイズではなくオペレータの意志であることを
確認するため、当該信号が一定時間、例えば 0.3ｓｅｃ
継続して入力されたか否かを判断し、当該一定時間継続
したとき掘削が行われたと判断する。又、その掘削が終
了して放土するときの操作信号Ｌ_D についても同様の確
認を行う。そして、これらが確認されたとき、初めてそ
れぞれ所要の数値を設定し又は取り込む動作を行う。

【００２３】図５に示すスタートプログラムが実施され
た後、負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂが起動す
ると、ＣＰＵ２３２は操作レバー１３のクラウド方向の
操作信号Ｌ_C が入力されたか否か判断し（図６に示す手
順Ｓ₂₀）、入力されていない場合、クラウド操作判定用
カウンタ値Ｃ_C を０に、かつ、クラウドフラグをＯＦＦ
にし（手順Ｓ₂₁）、次いで操作レバー１３のダンプ方向
操作信号Ｌ_D が入力されたか否か判断し（手順Ｓ₂₂）、
入力されていない場合、ダンプ操作判定用カウンタ値Ｃ
_D を０に、かつ、ダンプフラグをＯＦＦにする（手順Ｓ
₂₁）。そして、処理を図７に示す手順Ｓ₂₄に移行させ、
ここでクラウドフラグＦ_C がＯＮか否かを判断し、ＯＮ
でない場合には、同様にダンプフラグがＯＮか否か判断
し（手順Ｓ₂₅）、ＯＮでなければ処理を終了する。

【００２４】このような処理が10ｍｓｅｃ毎に行われて
いるうちに、オペレータが掘削をすべく操作レバー１３
をクラウド方向に操作すると、これが手順Ｓ₂₀の処理で
判断され、次にＣＰＵ２３２はクラウドフラグＦ_C がＯ
Ｎか否かを判断し（手順Ｓ₂₆）、この場合、ＯＮになっ
ていないので、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が予
め定められた値Ｃ_C0になっているか否か判断する（手順
Ｓ₂₇）。値Ｃ_C0を例えば30回とすると、負荷圧サンプリ
ングプログラム２３３ｂは上記の例では10ｍｓｅｃ毎に
実行されるので、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が
0 から30になるまでには0.3 ｓｅｃを要し、この時間で
オペレータの操作の意志確認を行う。

【００２５】即ち、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C
が予め定められた値Ｃ_C0になっていない場合には、クラ
ウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C に「1 」を加算し（手順
Ｓ₂₈）、手順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃、Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了
する。この処理を10ｍｓｅｃ毎に繰り返して行くと、や
がてクラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が値Ｃ_C0に達す
る。ＣＰＵ２３２は手順Ｓ₂₇の処理でこれを判断するこ
とにより、オペレータが操作レバー１３をクラウド方向
に操作したことを確認し、クラウドフラグをＯＮとし、
掘削カウンタｎに「1 」を加算し、そのときの掘削位置
Ｐ_6P（ピン６ｐの位置）、およびそのときの時刻を格納
し、かつ、ダンプフラグをＯＦＦにし（手順Ｓ₂₉）、手
順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃、Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了する。

【００２６】ここで、上記掘削位置Ｐ_6Pは、図８に示す
掘削位置サンプリングプログラム２３３ｃを実行するこ
とにより得られる。即ち、ＣＰＵ２３２は、ＧＰＳ２０
からの信号Ｐ_G 、磁気方位センサ２１からの信号θ、ブ
ーム角センサ１８およびアーム角センサ１９からの信号
α、βを読み込み（図８に示す手順Ｓ₄₀）、油圧ショベ
ルの旋回中心２Ｃとブーム４の上部旋回体２との連結点
との間の水平距離（既知）、および角度α、β用いて上
記連結点とバケットピン６ｐとの間の水平距離Ｌを演算
し、さきに読みだされた信号Ｐ_G 、演算された距離Ｌ、
および方位θに基づいて掘削位置（バケットピン６ｐの
位置）Ｐ_6Pを演算する（手順Ｓ₄₁）。

【００２７】上記手順Ｓ₂₉の処理が終了して10ｍｓｅｃ
経過後に再度負荷圧サンプリングプログラムが実行され
るが、このときは前回の処理の手順Ｓ₂₉においてクラウ
ドフラグＦ_C をＯＮとしているので、手順Ｓ₂₆でこれが
判断され、処理は手順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃を経て手順Ｓ₂₄へ移行
する。クラウドフラグＦ_C はＯＮの状態にあるので、手
順Ｓ₂₄ではこれを判断し、処理を手順Ｓ₃₀へ移行する。
手順Ｓ₃₀において、ＣＰＵ２３２はクラウド操作時間の
カウント値Ｃ_TLに「 1」を加算し、かつ、そのときの圧
力センサ１７の検出値（負荷圧）をそれまでの負荷圧の
積算値（この場合は最初の掘削であるので「 0」）に加
算する。次いで、手順Ｓ₂₅を経て処理を終了する。この
処理が掘削動作中、10ｍｓｅｃ毎に実行され、その都
度、クラウド操作時間のカウント値Ｃ_TLに「 1」が加算
され、負荷圧が積算されてゆく。

【００２８】掘削動作が終了すると、オペレータは操作
レバー１３をダンプ方向へ操作する。この動作は、手順
Ｓ₂₀、Ｓ₂₁を経て手順Ｓ₂₂の処理で判断される。次い
で、ＣＰＵ２３２はダンプフラグＦ_D がＯＮであるか否
か判断し（手順Ｓ₃₁）、この場合はダンプ方向へ切り換
えられたばかりであるので、ダンプフラグＦ_D はＯＦＦ
の状態にあり、ダンプ操作判定用カウンタ値Ｃ_D がさき
に述べた値Ｃ_C0になっているか否か判断し（手順
Ｓ₃₂）、値Ｃ_C0にはなっていないので、ダンプ操作判定
用カウンタ値Ｃ_D に「 1」を加算し（手順Ｓ₃₃）、手順
Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了する。クラウド方向操作の
場合と同様、この処理がＣ_D ＝Ｃ_C0になる（ダンプ方向
操作が確認される）まで繰り返され、手順Ｓ₃₂でこれが
判断されると、ＣＰＵ２３２は、ダンプフラグＦ_D をＯ
Ｎ、クラウドフラグＦ_C をＯＦＦにし（手順Ｓ₃₃）、手
順Ｓ₂₄を経て手順Ｓ₂₅でダンプフラグＦ_D がＯＮである
ことを判断し、掘削回数ｎが更新されてるか否かをみる
（手順Ｓ₃₄）。この場合、掘削回数ｎは手順Ｓ₂₉で「
1」が加算され、更新されているので、ＣＰＵ２３２は
手順Ｓ₃₅の処理を実行する。

【００２９】この手順Ｓ₃₅の処理では、〔１〕今回得られたクラウド操作時間カウント値Ｃ_TLの
積算値Ｃ_TL（ｎ）から前回までのクラウド操作時間カウ
ント値Ｃ_TL（ｎ−１）を減算して今回のクラウド操作時
間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）を得る演算〔２〕今回のクラウド操作時間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）
に負荷圧サンプリングプログラム２３３ｃの繰り返し時
間間隔（10ｍｓｅｃ）を乗算して今回の掘削時間ΔＴ_L
を得る演算〔３〕今回得られた負荷圧の積算値Ｐ_D （ｎ）から、前
回までの負荷圧の積算値Ｐ_D （ｎ−１）を減算して今回
の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を得る演算〔４〕今回の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を今回のクラウド操作
時間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）で除して今回の平均負荷圧
Ｐ_A を得る演算が実行され、演算の結果をデータとして無線送受信機２
４へ出力する。無線送受信機２４は入力されたデータを
無線で鉱山管理事務所Ｂのコンピュータ３０へ送信す
る。

【００３０】油圧ショベルでは、バケット６がクラウド
方向に操作される毎に、処理装置２３により上記の処理
が繰り返され、１回のクラウド方向操作が終了する毎に
上記データが鉱山管理事務所Ｂのコンピュータ３０へ送
信されることになる。１つの区域の掘削作業が終了する
と、オペレータはスタート／ストップスイッチ２２のス
トップスイッチをＯＮにすることにより、図９に示す終
了プログラム２３３ｄを実行する。即ち、ＣＰＵ２３２
はストップスイッチ２２がＯＮにされたか否かを見てお
り（手順Ｓ₅₀）、ＯＮにされたと判断すると、無線送受
信機２４に、作業終了のステータスを出力するととも
に、現在の時刻ｔ₀ 、クラウド操作時間の積算値Ｔ_L 、
負荷圧力の積算値Ｐ_D を出力して（手順Ｓ₅₁）処理を終
了する。

【００３１】以上は、掘削機側の処理であるが、鉱山管
理事務所Ｂ側では掘削機側から掘削操作ごとに送信され
てくるデータに対して次の処理が行われる。コンピュー
タ３０は、油圧ショベルによる掘削区域の掘削開始前
に、発破データ３０３ａに基づいて表示装置３２の画面
に掘削区域の地図および発破を設けた位置を表示する。
この状態で、図１０に示す表示プログラム３０３ｃが常
時実行され、ＣＰＵ３０２は掘削機側から新しいデータ
が送信されてきたか否か判断する（手順Ｓ₆₀）。掘削機
側からのデータが無線送受信機３１で受信され入力され
たことを判断すると、ＣＰＵ３０３ｃは入力された掘削
位置データＰ_6Pと今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）とを負
荷圧データ領域３０３ｂに書き込むとともに、掘削位置
データＰ_6Pに相当する表示画面上の位置に×印を表示
し、かつ、その近辺に今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を
表示する（手順Ｓ₆₁）。次いで、ストップスイッチがＯ
Ｎになったか否かを判断し（手順Ｓ₆₂）、ＯＮになって
いなければ、手順Ｓ₆₀へ処理を戻し、新たにデータが入
力される毎に×印と負荷圧を格納し、かつ、表示してゆ
く。

【００３２】図１１は表示装置の画面の一部拡大正面図
である。この図で、３２Ｄは表示装置３２の表示画面を
示す。Ｐ_Biは発破を設けた位置の１つを示し、この発破
位置Ｐ_Biの周辺の掘削位置が×印で、負荷圧が数字で表
示されている。なお、この場合、負荷圧は実際の負荷圧
ではなく、実際の負荷圧を 0〜100 のレベルに区分した
ときのレベルが表示される。他の位置の表示も同様にな
される。

【００３３】掘削作業が終了し、オペレータによりスト
ップスイッチがＯＮとされると、ＣＰＵ３０２は手順Ｓ
₆₂でこれを判断し、図９に示す手順Ｓ₅₁により送信され
てきたクラウド操作時間の積算値Ｔ_L 、および負荷圧力
の積算値Ｐ_D を表示するとともに、現在時刻ｔ₀ から掘
削作業開始時の時刻ｔ₀ （１）を減算して掘削に要した
全作業時間を表示する。

【００３４】図１２は表示装置の他の表示例を示す表示
画面の正面図である。この図で、３２Ｄは図１１に示す
ものと同じ表示画面である。又、Ｐ_B1は１つの発破位置
を示す。この表示例の場合、区域をさらに小区域（例え
ば 5ｍ四方）に細分しこれら小区域毎に、掘削時間およ
び負荷圧（レベル）の平均値を表示するようになってい
る。勿論、この場合には、表示プログラム３０３ｃに掘
削時間および負荷圧レベルの平均値演算の手順が付加さ
れることになる。

【００３５】なお、図１１、図１２に示す表示例では、
負荷圧を数値で表示する例を示したが、負荷圧又は負荷
圧レベルをそれらの値に対応して複数範囲に区分し、各
区分毎に異なる色彩、例えば、負荷圧が高い範囲を赤、
低い範囲を青、中間の範囲を緑というように割当て、負
荷圧又は負荷圧レベルを対応する色彩で表示することも
できる。

【００３６】このように、本実施の形態では、発破後の
地面の掘削において、掘削機側でバケットの掘削位置と
その位置でのクラウド方向の負荷圧とを採取し、これら
を鉱山事務所へ送信し、鉱山事務所ではそれら送信され
たデータに基づいて発破区域および発破位置の地図上に
掘削位置と負荷圧又は負荷圧レベルを表示するようにし
たので、発破の計画者はこれを参照して次の区域の発破
をより一層適切に行うことができる。即ち、発破の計画
者は、地図上の発破設置位置、掘削位置、および負荷圧
又は負荷圧レベルをみることにより、負荷圧が高過ぎる
個所は発破の火薬の量が少なかったか、又は火薬の量が
少ないとは考えられない場合は再度の地質調査が必要
か、さらに、負荷圧が低い場合にはさらに火薬の量を減
少させるか等の判断を行うことにより、次の区域の発破
を適切なものとすることができる。

【００３７】さらに、ダンプトラックの使用台数を考慮
し、使用台数が多い場合には、負荷圧を小さくして掘削
時間を短くする方がダンプトラックの待ち時間を最小に
することができるので、この観点から、本実施の形態の
計測で得られた負荷圧を考慮し、火薬の量をさらに大き
くするか（負荷圧を小さくするか）否かの判断ができ、
逆に、ダンプトラックの使用台数が少ない場合には、掘
削時間が多少長くても全体の運搬作業に差し支えはない
ので、この観点から、得られた負荷圧を考慮して火薬の
量を判断することができる。又、掘削機についても、負
荷圧が時々刻々と表示されるので、負荷圧の大きな個所
が多い場合には、新たに掘削機を投入して作業を円滑に
遂行させることもできる。

【００３８】又、掘削時間を参照する場合、負荷圧が低
いのに掘削時間が大きいときには、オペレータの未熟練
又は機械的トラブルの発生が予想できる。さらに、負荷
圧を色彩で表示した場合には、全体の発破の適、不適を
一目で判断することができる。又、クラウド操作時間の
積算値Ｔ_L 、負荷圧力の積算値Ｐ_D 掘削に要した全作業
時間の表示からも全体の発破の適、不適を判断すること
ができる。

【００３９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図１３は本発明の第２の実施の形態に係る発
破地面の掘削負荷計測および表示装置のブロック図であ
る。この図で、図１に示す部分と同一又は等価な部分に
は同一符号を付して説明を省略する。さきの第１の実施
の形態では、バケットがクラウド方向に操作された場合
を一律に「掘削」としたのに対して、本実施の形態で
は、「掘削」を、実態に即してさらに区分する。即ち、
掘削作業においては、ダンプトラックの数が少ない場合
には、発破地面を掘削して土石を一個所に集めておき、
ダンプトラックが到着したとき、集めた土石をダンプト
ラックに積み込む作業態様を採用するのが通常である。
本実施の形態では、「掘削」を、発破地面の掘削（実際
の負荷に直結する掘削）とダンプトラックへの積込時の
掘削とに区分するものであり、その区分を工程入力スイ
ッチ２５で行う。工程入力スイッチ２５はＤＩＧスイッ
チとＬＯＡＤスイッチで構成され、ＤＩＧスイッチは発
破地面掘削時にＯＮとされ、ＬＯＡＤスイッチはダンプ
トラックへの積込掘削時にＯＮとされる。工程入力スイ
ッチ２５以外の構成は、処理装置２３およびコンピュー
タ３０の処理手順に多少の相違があるものの、図１に示
す構成と同じである。

【００４０】次に、本実施の形態の動作を図１４、図１
５に示すフローチャートを参照して説明する。油圧ショ
ベルのオペレータは、発破地面掘削時にはＤＩＧスイッ
チを、ダンプトラックへの積込掘削時にはＬＯＡＤスイ
ッチをＯＮとしておく。この状態で、さきの実施の形態
と同じく負荷圧サンプリングプログラムが実施される。
即ち、操作レバー１３のクラウド方向操作が確認され、
クラウド操作時間のカウント値Ｃ_TLおよびバケット負荷
圧Ｐ_B が積算されてゆき、次いで操作レバー１３がダン
プ方向に操作されたとき、その操作を確認する。ここま
での動作を、さきの実施の形態では手順Ｓ₂₀〜手順Ｓ₃₄
で行い、次いで手順Ｓ₃₅で直ちに各データの演算出力の
処理を行った。本実施の形態では、手順Ｓ₃₄までの動作
はさきの実施の形態と同じであるが、この後の動作が相
違する。

【００４１】即ち、手順Ｓ₃₄で掘削回数ｎが更新された
と判断されると、次に、工程スイッチ２５はＤＩＧスイ
ッチがＯＮになっているか、ＬＯＡＤスイッチがＯＮに
なっているかを判断する（図１４に示す手順Ｓ₃₆）。Ｄ
ＩＧスイッチがＯＮになっている場合には工程入力スイ
ッチ２５のフラグＦ₂₅を「 1」とし（手順Ｓ₃₇）、ＬＯＡ
ＤスイッチがＯＮになっている場合には工程入力スイッ
チ２５のフラグＦ₂₅を「 0」とし（手順Ｓ₃₈）、処理を
手順Ｓ₃₅₀ へ移行する。手順Ｓ₃₅₀ では、図７に示す手
順Ｓ₃₅と同一の演算により同一の各データを得るととも
に、フラグＦ₂₅のデータも採取して当該各データととも
に無線送受信機２４へ出力する。

【００４２】一方、コンピュータ３０では、さきの実施
の形態と同じく表示プログラムが実行され、新しいデー
タが入力されたと判断（手順Ｓ₆₀）されたとき、入力さ
れた掘削位置データＰ_6Pと今回掘削の負荷圧ΔＰ_D
（ｎ）とを、フラグＦ₂₅のデータとともに負荷圧データ
領域３０３ｂに書き込むとともに、掘削位置データＰ_6P
に相当する表示画面上の位置に×印を表示し、かつ、そ
の近辺に今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を表示する（手
順Ｓ₆₁）。この×印と負荷圧データの表示はさきの実施
の形態と同じであるが、本実施の形態の場合、×印と負
荷圧データはフラグＦ₂₅のデータに応じて異なる色彩で
表示される。この処理に続く手順Ｓ₆₂、Ｓ_６３の処理は
さきの実施の形態の処理と同じである。

【００４３】図１６は表示装置の画面の一部拡大正面図
である。この図で、３２Ｄは表示装置３２の表示画面を
示す。Ｐ_Ｂｉは発破を設けた位置の１つを示し、この発
破位置Ｐ_Biの周辺の掘削位置が×印で、負荷圧が数字で
表示されている。なお、この場合、負荷圧は実際の負荷
圧ではなく、実際の負荷圧を 0〜100 のレベルに区分し
たときのレベルが表示される。他の位置の表示も同様に
なされる。本実施の形態では、掘削位置と負荷圧レベル
が、発破地面掘削と積込掘削とで異なる色彩により表示
されるので、位置Ｐ_Biの周辺ではフラグＦ₂₅のデータが
「 1」のときの（発破地面掘削時の）掘削位置および負
荷圧レベルと、フラグＦ₂₅のデータが「 0」のときの
（積込掘削時の）掘削位置および負荷圧レベルとが、色
分けされた２つのグループとして観察される。図で、３
２Ｄ_D は発破地面掘削時のグループ、３２Ｄ_L は積込掘
削時のグループである。なお、表示は図１６に示す表示
に限らず、図１２に示す態様の表示も可能である。この
場合には、異なる色彩の時間と負荷圧が表示される小区
分が表われることになる。

【００４４】本実施の形態の効果は、さきの実施の形態
の効果に加えて、負荷圧を発破地面掘削時の負荷圧と、
積込掘削時の負荷圧とに区分して表示するので、発破の
適、不適の判断をより一層容易、正確に行うことができ
る。

【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。本実施の形態の全体構成は、圧力スイッチ１５が除
かれている点、および処理装置２３およびコンピュータ
３０の処理手順が異なる点を除き、図１に示す構成とほ
ぼ同じである。図１７および図１８は当該実施の形態に
係る発破地面の掘削負荷計測を説明する図であり、図１
７は発破地面の断面図、図１８は本実施の形態の動作を
示すタイミングチャートである。

【００４６】図１７で、Ｇ₁ は発破地面における掘削終
了地面、Ｇ₂ は発破地面における未掘削地面を示す。未
掘削地面Ｇ₂ 中、Ｇ₂₁は発破によりほぐされた部分、Ｇ
₂₂は発破によっても充分にほぐされていない部分を示
す。油圧ショベルは地面Ｇ₁ の掘削が終了するとこの地
面Ｇ₁ を足場にして隣接する地面Ｇ₂ の掘削を行う。と
ころで、発破は地面にドリルで孔をあけて火薬をセット
することにより行われるので、相当程度の深さまで土石
を破砕するが、それでも表面に近い部分に比較して深い
部分の土石の破砕は不十分となる。そして、発破が適切
であったか否かは、土石の破砕の不十分な個所がどの程
度存在するかにより判断される。そこで、本実施の形態
では、土石の破砕が不十分な部分の掘削負荷のみを取り
出して、鉱山管理事務所Ｂへ送信するデータを作成しよ
うとするものである。

【００４７】以下、本実施の形態の動作を図１８に示す
タイミングチャートを参照して説明する。図１８の
（ａ）は操作レバーの動作を示す図であり、横軸に時
間、縦軸に操作レバーの操作状態がとってある。又、図
１８の（ｂ）はバケットシリンダ６Ｓのボトム室６Ｓ_B
の圧力を示す図であり、横軸に時間、縦軸に圧力がとっ
てある。掘削開始時にスタート／ストップスイッチ２２
のスタートスイッチはＯＮとされ、又、掘削中の掘削位
置は、第１の実施の形態と同一方法で算出される。処理
装置２３は、信号Ｌ_D により操作レバー１３がクラウド
方向に操作されたと判断すると（この判断方法は第１の
実施の形態の判断方法と同じ）、圧力センサ１７の検出
圧力Ｐ_B を取り込み、予め定められた設定圧力Ｐ_S と比
較し、検出圧力Ｐ_B が設定圧力Ｐ_S 以上であるとき、そ
の時間を計測し（図ではこれらの時間がｔ₁ 、ｔ₂ 、ｔ₃
で示されている）、かつ、回数（図の場合３回）をカウ
ントする。なお、図で、Ｐ_R はリリーフ圧を示す。これ
らの時間は合計され、回数とともに無線送受信機２４へ
出力され、コンピュータ３０へ送信される。

【００４８】コンピュータ３０は送信されてきたデータ
を負荷圧データ領域３０３ｂに格納するとともに、表示
プログラムにより、表示装置３２の表示画面に掘削位置
を×印で表示し、かつ、この×印の近辺に上記合計時間
又は回数或いは両者を表示する。又、ストップスイッチ
がＯＮとなった場合には、全操作時間、全経過時間、上
記合計時間の積算値又は上記回数の積算値を表示画面に
表示する。本実施の形態の効果も、さきの各実施の形態
の効果と同じである。

【００４９】なお、上記各実施の形態の説明では、掘削
機として図２１に示すローダ型の油圧ショベルを例示し
たが、バックホウ型の油圧ショベルであってもよいのは
当然である。又、表示装置によらず掘削負荷のデータだ
けでも発破の適否等を相当程度推測することができる。
又、スタート／ストップスイッチは掘削機側に設置せず
に鉱山管理事務所側に設置し、ここから無線送受信機に
よりスタート／ストップスイッチのデータを掘削機側に
送信してもよい。又、第２の実施の形態における工程入
力スイッチはダンプトラック側に設け、ここから掘削機
へ送信してもよい。さらに、操作レバーの操作の検出に
圧力スイッチの代わりに圧力センサを用い、これを処理
装置に取り込み、圧力が所定値以上となったとき操作レ
バーが操作されたと判断するようにしてもよい。そし
て、当該所定値を適宜の値に設定しておけば、処理装置
における操作レバーの操作の確認処理は不要となる。

【００５０】さらに、掘削位置については、ＧＰＳを用
いる例について説明したが、ＧＰＳに代えてレーザ投光
器と反射ミラーを用い、鉱山管理事務所から掘削機に設
置した反射ミラーを追尾して、鉱山管理事務所からの相
対位置を計測して掘削位置としてもよい。又、掘削位置
としてバッケットピン位置をブーム角とアーム角を用い
て算出する例について説明したが、掘削や積込の姿勢は
大きく変化しないので、ブーム角とアーム角は用いず、
ブームの回動中心から所定の距離を定めておき、これを
掘削位置の算出に用いることもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、発破後
の地面を掘削する掘削機のバケットのクラウド操作期間
におけるバケットシリンダのボトム圧力を検出し、か
つ、当該掘削機の掘削位置を検出し、両者を表示装置に
表示するようにしたので、発破を適切に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発破地面の掘
削負荷計測および表示装置のブロック図である。

【図２】磁気方位センサの方位を説明する図である。

【図３】図１に示す処理装置のシステム構成図である。

【図４】図１に示すコンピュータのシステム構成図であ
る。

【図５】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図６】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図７】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図８】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図９】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図１０】図１に示す装置の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図１１】表示装置の画面の一部拡大正面図である。

【図１２】表示装置の他の表示例を示す表示画面の正面
図である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る発破地面の
掘削負荷計測および表示装置のブロック図である。

【図１４】図１３に示す装置の動作を説明するフローチ
ャートである。

【図１５】図１３に示す装置の動作を説明するフローチ
ャートである。

【図１６】表示装置の画面の一部拡大正面図である。

【図１７】発破地面の断面図である。

【図１８】第３の実施の形態の動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図１９】大規模鉱山全体の平面図である。

【図２０】図１９に示す１つの区域の平面図である。

【図２１】油圧ショベルの側面図である。

【符号の説明】

６Ｓバケットシリンダ１２コントロール弁１３操作レバー１４パイロット弁１５、１６圧力スイッチ１７圧力センサ２０ＧＰＳ２１磁気方位センサ２２スタート／ストップスイッチ２３処理装置２４、３１無線送受信機３０コンピュータ３２表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳生隆茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者杉山幸彦茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発破後の地面を掘削する掘削機のバケッ
トのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、
このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された
状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を
掘削負荷として検出する圧力検出手段とを備えているこ
とを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
【請求項２】請求項１記載の発破地面の掘削負荷計測
装置において、前記掘削機の掘削時間を検出する掘削時
間検出手段を設けたことを特徴とする発破地面の掘削負
荷計測装置。
【請求項３】発破後の地面を掘削する掘削機のバケッ
トのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、
前記掘削機による積込工程を判定する積込工程判定手段
と、前記クラウド操作検出手段でクラウド操作が検出さ
れた状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧
力を掘削負荷として検出する圧力検出手段と、この圧力
検出手段により検出された掘削負荷を前記積込工程判定
手段で判定された積込工程における掘削負荷とそれ以外
の工程における掘削負荷とに分ける分類手段とを備えて
いることを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
【請求項４】発破後の地面を掘削する掘削機のバケッ
トのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、
このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された
状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力が
予め設定された設定圧力以上になったときこれを掘削負
荷として検出する設定圧力検出手段とを備えていること
を特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
【請求項５】請求項４記載の発破地面の掘削負荷計測
装置において、前記設定圧力検出手段により設定圧力以
上の圧力が検出された時間又は回数を求める負荷量検出
手段を設けたことを特徴とする発破地面の掘削負荷計測
装置。
【請求項６】請求項１又は請求項２記載の発破地面の
掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検
出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段により検
出された掘削負荷又はこれに対応する値或いはこれに対
応する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された
掘削位置を表示する表示手段とを設けたことを特徴とす
る発破地面の掘削負荷表示装置。
【請求項７】請求項３記載の発破地面の掘削負荷計測
装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位
置検出手段と、前記圧力検出手段により検出された掘削
負荷又はこれに対応する値或いはこれに対応する色彩を
前記積込工程判定手段で判定された積込工程とそれ以外
の工程とに分けて表示するとともに、前記掘削位置検出
手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設け
たことを特徴とする発破地面の掘削負荷表示装置。
【請求項８】請求項５記載の発破地面の掘削負荷計測
装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位
置検出手段と、前記負荷量検出手段により検出された時
間又は回数或いはこれに対応する色彩、および前記掘削
位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段
とを備えていることを特徴とする発破地面の掘削負荷表
示装置。
【請求項９】請求項６乃至請求項８において、前記表
示手段は、発破位置を記憶し、かつ、これを任意に表示
することを特徴とする発破地面の掘削負荷表示装置。